第七章天然气流量计算

通过视温 Tr 和视压 Pr 查图 7 － 16 ，可得到气体压
缩系数Z。=0．93将各参数的值代人公式：
qg =0.18943Kd2 =0.18943 0.615 63.52 2171.70 33.6 331 0.93 0.746 =8363.75 m 3 h
H w P0 T0 Z 0
Ff A2 p出
（ 7－ 2）

Fi；、Ff 作用在主杠杆上，产生了 测量力矩 Mi；、和反馈力矩 Mf， 它们的方向相反，大小分别为
M i＝l1 A1p
（ 7 － 3） （7—4）
M i l2 A2 p出


当主杠杆处于平衡状态时，则M一M， 即 l A p＝l A p （7—5） 1 1 2 2 出 ：
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二 油田总产气量的计量
油田总产气量的计量的计算方法： 1.单井产气量累计法 根据各生产井单井测试的产气量求和累计可计算 出油田总产气量。
Qg=
q
1
n
g
T
(7－12)


式中：Qg——油田总产气量；qg——生产井单井产 气量; n——生产井井数；T——生产井生产小时数。 2．Pr输气量累计法 将油田的各外输气流量计流量值进行累计，再加 上原油分离器气出口的气量得到油田总产气量。
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如图7-1所示，差压式流量计由节流装置、导压 管和差压计三大部分所组成。

图7－1 差压式流量计组成示意图
－上游侧第二阻流件；2－上游侧第一阻流件；3、5－孔板前后测量管； 4－孔板和孔板夹持器；6－下游侧第一阻流件；7－导压管；8－差压计； L0－第一阻流件与第二阻流件之间的直管段；L1L2－孔板上下游侧的直管段
图7－10 天然气流量计量系统简图
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一、单井气计量 1．孔板流量计测量单井气量的常规计算 目前，使用孔板流量计测量单井气量一般使用以下实 用公式 : H p
q g 1.8943 Kd
2
W来自百度文库
o
To Z o
（ 7－ 6）




标准状况指在温度为15℃、压力为760mmHg的环 境下。 孔板综合校正系数K由Ko、Re、Y三个校正系数产生。 Ko为孔板校正系数，是截面积比m的函数，截面积比m 由下式得到： d2 m （ 7－ 7） 2 D 式中：d——孔板直径，mm； D——管道内径，mm。 孔板直径d和管道内径D间的关系见图 7－9。


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格数与差压的关系
H max 100 hw h
p max 100 p1 p
（7-2-27）

格数与静压的关系
（7-2-28）


式中 Hmax、pmax——流量计的最大差压和附 记压力(最大静压)，Pa、MPa； hw、p1 ——实测的差压和静压值； h、p—— 流量开方卡片上差压和静压实际指示 格数。
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由上述两式可得
p1hw

pmax H max 10000
p h
（7-2-29）
例5-1 已知某双波纹管差压计差压量程为 40000Pa，附记压力为6.4MPa，使用L-100开方 卡片，差压指示格数h’＝60格。静压指示格数为p’ ＝50格，求实际静、差压值。
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解：由公式（7-2-27）、（7-2-28）
图7－7 变送器安装示意图
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1）对孔板喷嘴上、下游管段的要求 2）对设置测压孔的要求 3）变送器安装位置要求 要满足以上所述基本安装要求，具体如图7－8。
图7－8 差压式流量变送器安装位置图
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第二节 气计量
近年随着电子工业的发展，已引进计算机进行计量 数据的处理，但基础仍然为孔板流量计。天然气流量 计量系统一般如图 7－ 10 所示，主要由：①计量直管 段；③标准孔板；③标准孔板夹持器；④温度、压力、 记录仪（目前一般采用变送器）；⑤流量记录仪或计 算机；⑥专门从流量计算机读取数据并进行有效存储 管理的计算机等组成。
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2．单井气量的计算实例 例 某生产井产气的各测量参数值如下： 孔板直径 d=63.5rnm； 管道内径 D=142· 5mm； 测试分离器压力 po＝3.35MPa； 测试分离器温度 To＝58℃；气相对密度 由孔板直径d＝63.5mm和管道内径D＝142.5mm 得截面积比m=63.5／142.5=0.1986 由截面积比 m=0.1986，查相应的图 7 － 13 ，可得 到Ko=0.615 为简化计算过程将雷诺数系数 Re、膨胀系数 Y 的值 取1 气体压缩系数Zo的获得方法：

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（1）安装要求 见图（7—7） 以上的安装是按照美国 GAS ASSOCIATION标准 的要求。在变送器前面使用一个整流叶片 （ STRAIGHTENING VANES）， 目 的 是 在 孔 板 和 STRAIGHTENING VANES之间形成一个平稳的、线 性的流体，以达到精确计量气体流量的目的。 STRAIGHTENING VANES是一个由多个焊在一起的 导引管组成并固定在计量管壁上的仪器，该仪器由 FOXBORO生产，在国内也叫整流器。
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3.质量式流量计 为一种处于发展中的仪表，它不受温度、压 力、气体偏差系数影响，具有直读瞬时和累计的 特点。如涡轮流量计，靶式流量计等。


第一节 差压法测气原理
一、孔板差压流量计 它是基于流体流动的节流原理，利用流体流 经节流元件时产生的压力差与其流量间的对应关 系，通过测量压差实现对流量的测量。
1 n 2 H w ( hwn ) n 1
（ 7－ 8）
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气体压缩系数Zo，是视温Tr和视压pr的函数。Tr和 pr由下式得到 T0 （ 7－ 9） Tr TC
Pr＝
p0 pc
（7－10）



测试分离器压力Po（指绝对压力）单位为105Pa； 测试分离器温度To（指绝对温度）可由下式得出T ＝T℃＋273，K； Tc和 Pc由气相对密度查图 7 － 15获得。利用已知 po 和pc，To和Tc计算出视温Tr和视压pr，通过视温Tr和视 压pr查图7－16，可得到气体压缩系数Zo。将各参数的 值代人公式，经计算可得到单井气产量。
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二、差压法测气原理
充满管道的流体，当它 流经管道内节流装置 ( 如孔 板 ) 时，流速将在节流装置 处形成局部收缩，将使部 分压能转为动能，其结果 使流速增加，静压降低， 在节流装置前后产生了压 力降， 如图7-2所示。 流束局部收缩：被测流 体流经节流装置时，节流 装置前后的特性和压力分 布图7-2所示。

图7-2 孔板前后压力和流速 分布图
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差压的产生：由于流体运动的惯性，流经节流装 置后流体将继续保持原来的流动方向，在孔板出口端 面Ⅱ处形成一最小收缩截面F2，此处流速截面最小， 流速达最大，压力最低。此后，流束又逐渐扩大，压 力逐渐恢复升高，直至流体充满整个管道，压力恢复 到最大值。 标准孔板所产生的压差，通过导压管将差压讯号 传递给差压计，并由差压计显示出来。 角接取压：角接取压孔板夹持器可以是单独钻孔取 压器件，或是环室取压。 单独钻孔取压规定上游侧静压由前夹紧环取出， 下游侧静压由后夹紧环取出。环室取压规定孔板上游 侧静压由前环室取出，下游侧静压由后环室取出。见 图7-3。
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其原理为：流体通过节流装置处，流束将形成局 部收缩，使部分压能转化为动能，使流速增加，静 压降低，在节流装置前后产生压差，流量越大，压 差也越大，反之，越小，通过测量压差的大小，就 可间接地计算气体流量。
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三、气动差压变送器

1 . 气动差压变送器的工
作原理 气动差压变送器是 将差压转换为成比例的 标准信号（0.02～ 0.10MPa）它基于力 矩平衡原理工作，采用 了负反馈的补偿线路。 单杠杆差压变送器结构 如图7-5所示。
第七章 天然气流量计算





单位时间内流过管路横截面积的天然气流体数 量，称为天然气流量。天然气流量常用体积流量表 示。 测量气体流量的方法和仪表种类较多，而用于 天然气的主要有三类： 1.容积式流量计 容积式流量计是使气体充满一定容积的空间来 测量流量，如罗茨流量计、湿式流量计和皮囊式流 量计等。 2.速度式流量计 速度式流量计是以测量在管道内流体平均流速 为依据，在已知管道截面积的条件下，测量气体流 量。如孔板差压流量计、监界速度流量计等。
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根据压差取样口的位置分为法兰取样和 管线取样，见图 7 － 11 。由截面积比 m 的值 和压差取样口的位置，查相应的图 7 － 12 或 图7－13，可得到Ko。
图7－11 （a）压差管线取样
图7－12 （b）压差法兰取样
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为简化计算过程将雷诺数系数 Re、膨胀系数 Y 值取互。 孔板压差Hw由孔板流量计的Barton记录仪记录 在Barton卡片上。由于有些记录仪以英寸水柱为单 位，孔板压差Hw的值需转换为毫米水柱，毫米水柱 和英寸水柱的转换关系为： 1毫米水柱＝1英寸水柱 × 25．4。 孔板压差HW平均值由下式得出：
图7-6 差压变送器杠杆 机构受力图
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2．安装及操作 （1）节流装置的安装（2）变送器的安装 （3）操作（自学） 3．LGE系列的可换孔板流量计 LGE系列可换孔板节流计量装置（现 W10—3油田 对涠洲终端供气用）是一种结构新颖的流量检测仪 表，其特点是将节流元件（孔板）精确地安装在固 定的座体内，在不拆动管线或不停止流体输送的情 况下，可以方便地对孔板进行更换和对计量管道进 行清扫，从而保证了计量精度，减小维护的工作量。 4．FOXBORO系列差压流量计 海上油田普遍使用易于维护、高精确度的气体 差压式流量计，主要有FOXBORO气动的13A、15A、 13Hd／p cellTM系列和电动823d／p cellTM系列。
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注意讲法： 三、现场实用计算公式
(1)流量计卡片 CWD双波纹管差压计所用记录纸为园形，由钟 表机构驱动，24小时顺时针方向转动一圈。广泛使 用的记录纸为 L-100( 最大格数为 100 格 ) 的开方卡 片。 开方卡片的特点是各同心园的间隔不是等距离 的，并且从卡片上读出的记录数不是静压、差压的 直接读数，而是静压、差压值的平方根相当于最大 规格的百分数。即：将读得的格数经换算后，才能 得出静压，差压的具体数值，其换算如下：
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测 试 分 离 器 压 力 Po（ 指 绝 对 压 力 ） = 3 . 3 5 ＋ 0.1=3.36MPa=33.6×105Pa 测 试 分 离 器 温 度 To（ 指 绝 对 温 度 ） = 5 8 ＋ 273=331K 由气相对密度 0.746 ，查图 7 － 15 得 TC＝227K 和 Pc=46.0105Pa P0 33.6 T0 331 视压 Tc= 0.75 视温 Tr= 1.46 46 . 0 227 Pc Tc
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法兰取压：指测量管法兰上带有符合有关规定的取压器 件，并规定上、下游取压孔的间距均为25.4mm，且是 从孔板的上游端面量起。取压孔间距是指取压孔轴线与 孔板的某一规定端面的距离。见图7-4
图7-3 角接取压孔板夹持器 1－孔板； 2－夹紧环； a－环隙宽度或取压孔直径； f－环隙厚度；c、c`－上、下游夹紧环长度； b－夹紧环内径；s－上游台阶到夹紧环的距离 图7-4法兰取压孔板夹持器
p1 p max 2 p 1 0 02 H max 2 h 1 0 02

hw

代入数据计算得
p1=1.6MPa hw=14400Pa
故实际静压值为1.6MPa，实际差压值为 14400Pa

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(1)算术平均法


将记录卡片上每小时的平均静压和平均差压格 数分别相加，并除以全天的生产小时。 显然，算术平均法要求记录出的曲线较平缓， 取点数较多，算术平均法的精确度才高。因此，算 术平均法受取点次数的限制，在静、差压波动大的 场合使用误差较大。 (2)相当半径法 用径向方根求积仪将记录卡片上静、差压指针 划出的不规则曲线所包围的面积用描迹针重复划出， 此时，径面方根求积仪上所显示出的数据就是曲线 所包围面积的相当半径，即静、差压的指示格数。



图7－5 单杆差变压器结构图 1－膜盒；2－弹簧片；3－主杠杆； 4－轴封膜片；5－顶针架；6－挡板； 7－喷嘴；8－气动放大器；9－波纹管
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单杠杆机构受力情况如图7-6所示 在主杠杆上作用两个力：一个是测 量力 F，另一个是反馈力 Ff，其大 小分别为：Fi A1 ( p1 p2 ) A1p （7－1）